KR20030015693A - Apparatus for compressing gas in reciprocating compressor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 왕복동식 압축기의 가스 압축장치에 관한 것으로, 특히 가스 압축 양의 조절을 위한 피스톤 행정거리의 제어가 가능할 뿐만 아니라 사체적을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 가스 압축장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas compression device for a reciprocating compressor, and more particularly to a gas compression device for a reciprocating compressor to minimize the dead volume as well as to control the piston stroke distance for adjusting the amount of gas compression.
일반적으로 압축기는 유체를 압축하는 기기이다. 상기 압축기의 일예로 왕복동식 압축기는 모터에서 발생되는 직선 왕복 구동력이 피스톤에 전달되어 그 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하게 된다.Generally, a compressor is a device that compresses a fluid. In the reciprocating compressor as an example of the compressor, the linear reciprocating driving force generated from the motor is transmitted to the piston to compress the gas while the piston reciprocates linearly in the cylinder.
도 1은 본 출원인이 선출원한 바 있고 현재 연구 개발 중인 왕복동식 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 왕복동식 압축기는 용기(10)와 그 용기(10)의 내부에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)와, 상기 모터(20)의 양측을 각각 지지하는 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)과, 상기 중간 프레임(40)에 이어 결합되는 전방 프레임(50)과, 상기 왕복동식 모터(20)와 소정의 거리를 두도록 상기 전방 프레임(50)에 고정 결합되는 실린더(60)와, 상기 왕복동식 모터(20)와 연결됨과 아울러 상기 실린더(60)에 삽입되어 그 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더(60) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(70)과, 상기 실린더(60) 및 피스톤(70)에 결합되어 그 피스톤(70)의 왕복 운동에 의해 발생되는 압력차에 의해 상기 실린더(60) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브 조립체(80)와, 상기 왕복동식 모터(20)및 피스톤(70)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)을 포함하여 구성된다.FIG. 1 shows an example of a reciprocating compressor, which has been previously filed by the present applicant and currently being researched and developed, and as shown therein, the reciprocating compressor is mounted inside the container 10 and the container 10. A reciprocating motor 20 for generating a linear reciprocating driving force, a rear frame 30 and an intermediate frame 40 supporting both sides of the motor 20, and a front frame coupled to the intermediate frame 40, respectively. (50), the cylinder (60) fixedly coupled to the front frame (50) so as to have a predetermined distance from the reciprocating motor (20), and the cylinder (60) being connected to the reciprocating motor (20). And a piston 70 coupled to the cylinder 60 and the piston 70 and linearly reciprocating in the cylinder 60 by receiving the linear reciprocating driving force of the reciprocating motor 20. Pressure generated by the reciprocating motion of 70) It includes a valve assembly (80) for sucking and discharging gas into the cylinder (60) by the resonator, and a resonant spring unit (90) for elastically supporting the linear reciprocating motion of the reciprocating motor (20) and the piston (70). It is configured by.
상기 왕복동식 모터(20)는 원통 형태로 형성되어 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(21)와 그 아우터 스테이터(21)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21)에 결합되는 권선 코일(23)과 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.The reciprocating motor 20 has a cylindrical shape and is fixed to the rear frame 30 and the intermediate frame 40 to the outer stator 21 and the inner stator inserted at regular intervals into the outer stator 21 ( 22) and a winding coil 23 coupled to the outer stator 21 and a mover A inserted between the outer stator 21 and the inner stator 22 so as to be linearly reciprocated.
상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(24)와 그 자석 홀더(24)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(25)으로 구성되며 그 자석 홀더(24)는 상기 피스톤(70)과 연결된다.The mover (A) is composed of a magnet holder 24 formed in a cylindrical shape and a plurality of permanent magnets 25 coupled to the magnet holder 24 at a predetermined interval, the magnet holder 24 is the piston Connected with 70.
상기 공진 스프링유닛(90)은 소정의 면적을 갖도록 절곡 형성되어 상기 전방 프레임(50)과 중간 프레임(40)사이에 위치하도록 그 일측이 상기 피스톤(70)의 일측 또는 가동자(A)에 결합되는 지지대(91)와, 상기 전방 프레임(50)과 지지대(91)사이에 위치하는 전방 스프링(92)과, 상기 지지대(91)와 중간 프레임(40)사이에 위치하는 후방 스프링(93)을 포함하여 구성된다.The resonant spring unit 90 is bent to have a predetermined area so that one side thereof is coupled to one side or the mover A of the piston 70 so as to be located between the front frame 50 and the intermediate frame 40. A support 91, a front spring 92 positioned between the front frame 50 and the support 91, and a rear spring 93 positioned between the support 91 and the intermediate frame 40. It is configured to include.
상기 밸브 조립체(80)는 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(81)와 그 토출커버(81)의 내부에 위치하여 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(82)와 상기 토출밸브(82)를 탄성 지지하는 밸브스프링(83)과 상기 피스톤(70)의 단부에 결합되어 그 피스톤(70) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(84)를 포함하여 구성된다.The valve assembly 80 is disposed inside the discharge cover 81 for covering the compression space P of the cylinder 60 and the discharge cover 81 to define the compression space P of the cylinder 60. Coupled to the end of the piston 70 and the valve spring 83 for elastically supporting the discharge valve 82 and the discharge valve 82 to open and close to open and close the suction flow path (F) formed inside the piston (70) It comprises a suction valve (84).
그리고 상기 토출커버(81)의 일측에 고온 고압으로 압축된 가스가 외부로 배출되도록 안내하는 토출관(2)이 결합되고 상기 후방프레임(30)측에 위치하도록 상기 밀폐용기(10)에 가스가 그 밀폐용기(10) 내부로 흡입되도록 안내하는 흡입관(1)이 결합된다.A discharge pipe 2 is coupled to one side of the discharge cover 81 to discharge the compressed gas at high temperature and high pressure to the outside, and the gas is connected to the sealed container 10 so as to be located at the rear frame 30. A suction pipe 1 for guiding suction into the sealed container 10 is coupled.
상기한 바와 같은 왕복동식 압축기의 작동은 다음과 같다.Operation of the reciprocating compressor as described above is as follows.
먼저 상기 왕복동식 모터(20)에 전원이 공급되어 권선 코일(23)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(23)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)에 형성되는 플럭스와 영구자석(25)의 상호작용에 의해 그 영구자석(25)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.First, when power is supplied to the reciprocating motor 20 and current flows in the winding coil 23, the flux formed in the outer stator 21 and the inner stator 22 by the current flowing in the winding coil 23. By the interaction between the permanent magnet 25 and the mover (A) including the permanent magnet 25 is linear reciprocating motion.
상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(70)에 전달되어 그 피스톤(70)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브 조립체(80)가 작동하면서 가스가 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.The linear reciprocating driving force of the mover A is transmitted to the piston 70 so that the piston 70 linearly reciprocates in the cylinder compression space P and at the same time the valve assembly 80 is operated while gas is applied to the cylinder. The process of being sucked into the compression space P, compressed and discharged is repeated.
그리고 상기 스프링유닛(90)은 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.In addition, the spring unit 90 stores and discharges the linear reciprocating force of the reciprocating motor 20 as elastic energy and causes resonance motion.
한편, 상기 왕복동식 압축기는, 도 2에 도시한 바와 같이, 초기 조립시 상기 실린더(60)의 내부에 위치하는 피스톤(70)의 단부가 피스톤(70)의 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)사이에 중간에 위치하도록 초기 위치(a)가 세팅된 상태로 조립되며 이와 같은 상태에서 전원의 전압을 제어함에 따라 그 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)의 중간을 기준으로 하여 임의 상사점(H1)과 하사점(L1)사이, 즉임의 행정거리(S1)를 움직이면서 가스를 압축하게 된다. 즉, 상기 실린더의 압축공간(P)에서 압축 토출 가스량을 상대적으로 많게 할 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 최대 행정거리(Sm)보다 작지만 상기 피스톤의 행정거리(S2)를 크게 하여 압축 가스의 양을 많게 하고, 또한 압축 토출 가스량을 상대적으로 적게 할 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 피스톤의 행정거리(S3)를 작게 하여 압축 가스의 양을 적게 제어하게 된다. 이때 상기 피스톤은 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)의 중간 위치인 초기 위치(a)를 기준으로 하여 변화되는 상사점과 하사점, 즉 행정거리를 움직이게 되며 이로 인하여 피스톤의 행정거리를 크게 할 경우 피스톤의 상사점과 톱 클리어런스(Top Clearance)가 작게 되고 피스톤의 행정거리를 작게 할 경우 피스톤의 상사점과 톱 클리어런스가 크게 된다.On the other hand, in the reciprocating compressor, as shown in Figure 2, during the initial assembly, the end of the piston 70 located inside the cylinder 60 is the top dead center (Hm) and minimum bottom dead center of the piston 70. It is assembled with the initial position (a) set to be located between the points (Lm) in the middle, and in this state, the voltage between the maximum top dead center (Hm) and the minimum bottom dead center (Lm) The gas is compressed while moving between an arbitrary top dead center H1 and a bottom dead center L1, that is, an arbitrary stroke distance S1. That is, when the amount of compressed discharge gas is relatively increased in the compression space P of the cylinder, as shown in FIG. 3, although the stroke is smaller than the maximum stroke distance Sm, the stroke distance S2 of the piston is increased to increase the compressed gas. When the amount of is increased and the amount of compressed discharge gas is relatively small, as shown in FIG. 4, the stroke distance S3 of the piston is made small to control the amount of compressed gas to be small. At this time, the piston moves the top dead center and the bottom dead center, that is, the stroke distance, which are changed based on the initial position (a) which is an intermediate position between the maximum top dead center (Hm) and the minimum bottom dead center (Lm). Increasing the diameter increases the top dead center and top clearance of the piston, while decreasing the stroke distance of the piston increases the top dead center and the top clearance of the piston.
그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 전압 제어에 의해 피스톤의 행정거리(S)를 제어하여 압축되는 가스의 양을 조절하게 되므로 원하는 양만큼 가스의 압축이 가능하게 되는 장점이 있으나, 상기 피스톤의 행정거리(S)가 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)의 중간점(a)을 기준으로 하여 상기 피스톤이 설정된 행정거리를 움직이게 되므로 피스톤의 상사점과 톱 클리어런스사이의 공차가 크게 벌어지게 됨으로써 사체적(Dead Volume)이 증가하게 되어 상대적으로 압축 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.However, the conventional structure as described above has the advantage of controlling the amount of gas to be compressed by controlling the stroke distance (S) of the piston by voltage control, but there is an advantage that the gas can be compressed by a desired amount, the stroke distance of the piston Since (S) moves the set stroke distance based on the midpoint (a) of the maximum top dead center (Hm) and the minimum bottom dead center (Lm), the tolerance between the top dead center of the piston and the top clearance is greatly widened. As a result, there is a problem that the dead volume is increased and the compression efficiency is relatively lowered.
상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 가스 압축 양의 조절을 위한 피스톤 행정거리의 제어가 가능할 뿐만 아니라 사체적을 최소화할 수있도록 한 왕복동식 압축기의 가스 압축장치를 제공함에 있다.The object of the present invention devised in view of the above-described point is to provide a gas compression device of a reciprocating compressor capable of minimizing the dead volume as well as controlling the piston stroke distance for adjusting the amount of gas compression.
도 1은 현재 개발진행 중인 왕복동식 압축기를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a reciprocating compressor currently in development;
도 2,3,4는 상기 왕복동식 압축기의 가스 압축과정을 개략적으로 각각 도시한 단면도,2, 3 and 4 are cross-sectional views schematically showing the gas compression process of the reciprocating compressor,
도 5는 본 발명의 왕복동식 압축기의 가스 압축장치가 구비된 왕복동식 압축기의 단면도,5 is a cross-sectional view of a reciprocating compressor equipped with a gas compression device of the reciprocating compressor of the present invention;
도 6,7은 본 발명의 왕복동식 압축기의 가스 압축장치의 작동상태를 각각 도시한 단면도.6 and 7 are cross-sectional views each showing an operating state of the gas compression device of the reciprocating compressor of the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **
2 ; 토출관 20 ; 왕복동식 모터2 ; Discharge tube 20; Reciprocating motor
100 ; 압축용 실린더 110 ; 위치조절용 실린더100; Compression cylinder 110; Positioning cylinder
111 ; 실린더 몸체부 112 ; 가스통공111; Cylinder body 112; Gas through hole
113 ; 결합부 114 ; 연결구멍113; Coupling part 114; Connection hole
120 ; 가변위치형 피스톤 121 ; 원통 몸체부120; Variable position piston 121; Cylindrical body
122 ; 연결 지지부 123 ; 흡입구멍122; Connection support 123; Suction hole
124 ; 유출구멍 130 ; 공진스프링124; Outlet hole 130; Resonant spring
140 ; 토출커버 150 ; 밸브 유닛140; Discharge cover 150; Valve unit
160 ; 연결관 170 ; 압력제어수단160; Connector 170; Pressure control means
D ; 토출실D; Discharge chamber
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터와, 그 왕복동식 모터와 소정의 간격을 두고 위치하는 압축용 실린더와, 그 압축용 실린더와 소정의 간격을 두고 위치하는 위치조절용 실린더와, 상기 압축용 실린더와 위치조절용 실린더에 삽입됨과 아울러 상기 왕복동식 모터에 결합되어 그 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 상기 압축용 실린더 및 위치조절용 실린더내부에서 직선 왕복 운동하는 가변위치형 피스톤과, 그 가변위치형 피스톤의 공진 운동을 유발시키는 공진 스프링과, 상기 압축용 실린더의 단부에 복개 결합되어 그 압축용 실린더에서 압축된 가스가 토출되는 토출실을 형성하는 토출커버와, 상기 가변위치형 피스톤의 직선 왕복 운동에 따라 그 가변위치형 피스톤의 내부에 형성된 가스 흡입유로를 통해 상기 압축용 실린더 내부로 흡입시킴과 아울러 상기 압축용 실린더에서 압축된 가스를 상기 토출커버의 토출실로 토출시키는 밸브 유닛과, 상기 토출커버의 토출실로 토출된 가스 압력 일부가 상기 위치조절용 실린더 내부로 유입되도록 안내하는 연결관과, 그 연결관의 일측에 장착되어 그 연결관을 통해 상기 위치조절용 실린더 내부로 유입되는 가스 압력을 조절하는 압력제어수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, a reciprocating motor for generating a linear reciprocating driving force, a compression cylinder positioned at a predetermined distance from the reciprocating motor, and a predetermined distance from the compression cylinder A variable position that is positioned in the positioning cylinder, the compression cylinder and the positioning cylinder, and coupled to the reciprocating motor and received the driving force of the reciprocating motor to linearly reciprocate in the compression cylinder and the positioning cylinder. A discharge cover for forming a position type piston, a resonance spring for causing a resonant motion of the variable position type piston, a discharge chamber coupled to an end of the compression cylinder to discharge the gas compressed from the compression cylinder; Formed inside the variable position piston according to the linear reciprocating motion of the variable position piston A valve unit which sucks the gas inside the compression cylinder through a gas suction passage and discharges the gas compressed in the compression cylinder to the discharge chamber of the discharge cover, and a part of the gas pressure discharged into the discharge chamber of the discharge cover are located at the position. It characterized in that it comprises a connecting pipe for guiding the flow into the adjustment cylinder, and a pressure control means mounted on one side of the connection pipe to adjust the gas pressure flowing into the positioning cylinder through the connection pipe A gas compressor of a reciprocating compressor is provided.
이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 가스 압축장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the reciprocating compressor gas compressor of the present invention will be described according to the embodiment shown in the accompanying drawings.
도 5는 상기 왕복동식 압축기 가스 압축장치의 일예가 구비된 왕복동식 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 상기 왕복동식 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 용기(10)의 내부에 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)가 장착되고 그 왕복동식 모터(20)의 양측에 후방 프레임(30)과 전방 프레임(50)이 결합된다.FIG. 5 illustrates a reciprocating compressor equipped with an example of the reciprocating compressor gas compression device. Referring to this, first, the reciprocating compressor linearly reciprocates in a container 10 having a predetermined internal space. A reciprocating motor 20 for generating a driving force is mounted, and the rear frame 30 and the front frame 50 are coupled to both sides of the reciprocating motor 20.
상기 왕복동식 모터(20)는 원통 형태로 형성되는 후방 프레임(30)과 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(21)와 그 아우터 스테이터(21)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21)에 결합되는 권선 코일(23)과 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.The reciprocating motor 20 has an outer stator 21 fixedly coupled to the rear frame 30 and the intermediate frame 40 formed in a cylindrical shape and an inner stator inserted at regular intervals into the outer stator 21 ( 22) and a winding coil 23 coupled to the outer stator 21 and a mover A inserted between the outer stator 21 and the inner stator 22 so as to be linearly reciprocated.
상기 이너 스테이터(22)는 일정 두께와 폭을 갖는 원통 형태로 형성되며, 상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(24) 및 그 자석 홀더(24)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(25)으로 구성된다.The inner stator 22 is formed in a cylindrical shape having a predetermined thickness and width, and the mover A is coupled to the magnet holder 24 and the magnet holder 24 formed in a cylindrical shape at regular intervals. It is composed of a plurality of permanent magnets (25).
그리고 상기 중간 프레임(40)에 이어 소정 형상으로 형성된 전방 프레임(50)이 결합되고 그 전방 프레임(50)에 관통 형성된 관통구멍에 압축용 실린더(100)가 결합되며 상기 왕복동식 모터의 이너 스테이터(22)에 위치조절용 실린더(110)가 결합되고 상기 압축용 실린더(100) 및 위치조절용 실린더(110)에 삽입되는 가변위치형 피스톤(120)이 상기 왕복동식 모터(20)과 연결 결합된다.Then, the front frame 50 formed in a predetermined shape is coupled to the intermediate frame 40, and the compression cylinder 100 is coupled to a through hole formed through the front frame 50, and an inner stator of the reciprocating motor ( 22 is coupled to the positioning cylinder 110 and the variable position piston 120 is inserted into the compression cylinder 100 and the positioning cylinder 110 is coupled to the reciprocating motor 20.
상기 압축용 실린더(100)는 일정 길이를 갖도록 형성되는 실린더 몸체부(101)와 그 실린더 몸체부(101)의 단부에 일정 폭과 높이를 갖도록 연장 형성된 단턱부(102)를 구비하여 이루어진다. 상기 압축용 실린더(100)는 그 실린더 몸체부(101)가 상기 전방 프레임(50)의 관통구멍에 삽입됨과 아울러 그 단턱부(102)가 실린더의 단부에 걸리도록 결합된다.The compression cylinder 100 includes a cylinder body portion 101 formed to have a predetermined length and a stepped portion 102 extending to have a predetermined width and height at the end of the cylinder body portion 101. The compression cylinder 100 is coupled so that the cylinder body portion 101 is inserted into the through hole of the front frame 50 and the step portion 102 is caught by the end of the cylinder.
상기 위치조절용 실린더(110)는 일측이 막힌 원통 형태로 형성되는 실린더 몸체부(111)와 그 몸체부(111)의 개구측 단부에 소정의 면적으로 절곡 연장 형성되어 가스가 통하는 복수개의 가스통공(112)이 구비되어 타 부품과 결합되는 결합부(113)와 상기 실린더 몸체부(111)의 일측에 관통 형성된 연결구멍(114)으로 이루어진다. 상기 위치조절용 실린더(110)는 그 실린더 몸체부(111)가 상기 이너 스테이터(22) 내측에 위치한 상태에서 그 결합부(113)가 상기 이너 스테이터(22)의 측면에 고정 결합된다.The position adjusting cylinder 110 is formed in a cylinder body portion 111 is formed in a cylindrical shape clogged one side and a plurality of gas through holes through which gas is bent extending to a predetermined area formed at the end of the opening side of the body portion 111 ( 112 is provided and consists of a coupling portion 113 coupled to other components and a connection hole 114 formed through one side of the cylinder body 111. The position adjusting cylinder 110 is fixedly coupled to the side of the inner stator 22 in a state in which the cylinder body 111 is located inside the inner stator 22.
상기 가변위치형 피스톤(120)은 소정의 길이를 가지며 그 양단이 막힌 원통체로 그 양단이 상기 압축용 실린더(100)와 위치조절용 실린더(110) 내부에 각각 삽입되는 원통 몸체부(121)와, 그 원통 몸체부(121)의 외주면에 소정의 면적을 갖도록 연장 돌출 형성되는 연결 지지부(122)와, 상기 원통 몸체부(121)의 일측에 형성되는 흡입구멍(123) 및 그 흡입구멍(123)으로 흡입된 가스가 원통 몸체부(121) 내부를 통해 상기 압축용 실린더(100)로 내부로 유입되는 유출구멍(124)을 포함하는 가스 흡입유로를 구비하여 이루어진다. 상기 가변위치형 피스톤의 원통 몸체부(121)는 하나의 부품으로 구성할 수 있고 또한 두 개의 부품으로 분리하고 그 두 개의 부품을 결합하여 구성할 수 있다. 상기 가변위치형 피스톤(120)은 그 유출구멍(124)이 형성된 원통 몸체부(121)측이 상기 압축용 실린더(100)에 삽입되고 그 원통 몸체부(121) 반대측이 상기 위치조절용 실린더(110)에 삽입되며 그 연결 지지부(122)가 상기 왕복동식 모터의 가동자(A)와 결합된다.The variable position piston 120 is a cylindrical body having a predetermined length and both ends of the cylindrical body 121 is inserted into the compression cylinder 100 and the positioning cylinder 110, respectively, both ends thereof; The connection support part 122 which extends and protrudes in the outer peripheral surface of the cylindrical body part 121, the suction hole 123 formed in one side of the said cylindrical body part 121, and its suction hole 123. Gas is sucked into the gas intake passage including an outlet hole 124 introduced into the compression cylinder 100 through the inside through the cylindrical body portion 121 is provided. Cylindrical body portion 121 of the variable-position piston may be composed of one component and may be separated into two components and may be configured by combining the two components. The variable position type piston 120 has a cylindrical body portion 121 having an outlet hole 124 inserted into the compression cylinder 100 and an opposite side of the cylindrical body portion 121 at the positioning cylinder 110. Is connected to the mover A of the reciprocating motor.
그리고 상기 가변위치형 피스톤 연결 지지부(122)의 양측에 그 가변위치형 피스톤(120)을 지지하는 공진 스프링(130)이 각각 위치하게 된다. 즉, 상기 가변위치형 피스톤의 연결 지지부(122)의 일면과 상기 중간 프레임(40)사이에 공진 스프링(130)이 결합되고 상기 가변위치형 피스톤 연결 지지부(122)의 타면과 상기 전방 프레임(50)사이에 공진 스프링(130)이 결합된다.Resonant springs 130 supporting the variable position piston 120 are positioned at both sides of the variable position piston connection support 122, respectively. That is, the resonant spring 130 is coupled between one surface of the connection support portion 122 of the variable position piston and the intermediate frame 40 and the other surface of the variable position piston connection support 122 and the front frame 50. The resonant spring 130 is coupled between.
상기 압축용 실린더(100)의 단부에 그 압축용 실린더(100)를 복개하도록 토출커버(140)가 결합된다. 상기 토출커버(140)는 상기 압축용 실린더(100)에서 압축된 가스가 토출되는 토출실(D)을 형성하게 된다.The discharge cover 140 is coupled to the end of the compression cylinder 100 to cover the compression cylinder 100. The discharge cover 140 forms a discharge chamber D through which the gas compressed in the compression cylinder 100 is discharged.
그리고 상기 가변위치형 피스톤(120)의 직선 왕복 운동에 따라 그 가변위치형 피스톤(120)의 내부에 형성된 가스 흡입유로를 통해 상기 압축용 실린더(100) 내부로 흡입됨과 아울러 상기 압축용 실린더(100)에서 압축된 가스를 상기 토출커버의 토출실(D)로 토출시키는 밸브유닛(150)이 구비된다.In addition, the compression cylinder 100 is sucked into the compression cylinder 100 through a gas suction passage formed in the variable position piston 120 according to the linear reciprocating motion of the variable position piston 120. Valve unit 150 for discharging the gas compressed in the discharge chamber to the discharge chamber (D) of the discharge cover.
상기 밸브유닛(150)은 상기 토출커버(140)의 내부에 위치하여 상기 압축용 실린더(100)의 내부 공간을 개폐하는 토출밸브(151)와 상기 토출밸브(151)를 탄성 지지하는 밸브스프링(152)과 상기 가변위치형 피스톤(120)의 단부에 결합되어 그 가변위치형 피스톤(120) 내부에 형성된 가스 흡입유로를 개폐하는 흡입밸브(153)를 포함하여 구성된다.The valve unit 150 is disposed inside the discharge cover 140 and discharge valve 151 for opening and closing the inner space of the compression cylinder 100 and the valve spring for elastically supporting the discharge valve 151 ( 152 and an intake valve 153 coupled to an end of the variable position piston 120 to open and close a gas suction flow path formed in the variable position piston 120.
그리고 상기 토출커버(140)의 일측에 그 토출실(D)로 토출된 고압 가스를 외부로 토출되도록 안내하는 토출관(2)이 결합되고 상기 토출관(2)으로 토출되는 가스의 일부가 상기 위치조절용 실린더(110) 내부로 유입되도록 안내하는 연결관(160)이 결합된다. 상기 연결관(160)은 그 일측이 상기 토출관(2)의 일측에 결합되고 그 타측이 상기 위치조절용 실린더(110)의 연결구멍(114)에 결합된다.And a discharge tube 2 for guiding the high pressure gas discharged to the discharge chamber (D) to the outside is coupled to one side of the discharge cover 140, a part of the gas discharged to the discharge tube (2) is The connecting pipe 160 to guide the flow into the positioning cylinder 110 is coupled. One side of the connection pipe 160 is coupled to one side of the discharge tube 2 and the other side thereof is coupled to the connection hole 114 of the position adjustment cylinder 110.
상기 연결관(160)의 일측에 그 연결관(160)을 통해 상기 위치조절용 실린더(110) 내부로 유입되는 가스 압력을 조절하는 압력제어수단(170)이 구비된다.One side of the connection pipe 160 is provided with a pressure control means 170 for adjusting the gas pressure introduced into the position adjustment cylinder 110 through the connection pipe 160.
미설명 부호 1은 흡입관이다.Reference numeral 1 is a suction pipe.
이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 가스 압축장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operational effects of the reciprocating compressor gas compressor of the present invention will be described.
먼저, 상기 왕복동식 모터(20)에 전원이 공급되어 권선 코일(23)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(23)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)에 형성되는 플럭스와 영구자석(25)의 상호작용에 의해 그 영구자석(25)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.First, when power is supplied to the reciprocating motor 20 and current flows in the winding coil 23, the outer stator 21 and the inner stator 22 are formed by the current flowing through the winding coil 23. By the interaction between the flux and the permanent magnet 25, the movable element A including the permanent magnet 25 is linearly reciprocated.
상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 가변위치형 피스톤(120)에 전달되어 그 가변위치형 피스톤(120)이 압축용 실린더(100)와 위치조절용 실린더(110)내부에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(150)이 작동하면서 가스가 압축용 실린더(100)의 내부 공간으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다. 이때, 가스가 압축용 실린더(100)의 내부로 흡입되는 과정은 그 압축용 실린더(100) 내부 공간의 압력차에 의해 상기 흡입관(1)으로 흡입되는 가스가 후방 프레임(30)의 가운데 관통 형성된 관통구멍을 통해 유동하여 상기 위치조절용 실린더(110)의 가스통공(112)을 통해 가변위치형 피스톤의 흡입구멍(123)으로 흡입된다. 상기 가변위치형 피스톤의 흡입구멍(123)으로 흡입된 가스는 내부를 거쳐 유출구멍(124)을 통해 상기 압축용 실린더(100)의 내부 공간으로 흡입된다.The linear reciprocating driving force of the mover A is transmitted to the variable position piston 120 so that the variable position piston 120 linearly reciprocates within the compression cylinder 100 and the positioning cylinder 110. Simultaneously with the operation of the valve unit 150, the gas is sucked into the inner space of the compression cylinder 100, compressed and discharged. At this time, the gas is sucked into the compression cylinder 100, the gas sucked into the suction pipe (1) by the pressure difference in the space of the compression cylinder 100 is formed through the center of the rear frame 30 It flows through the through hole and is sucked into the suction hole 123 of the variable position type piston through the gas through hole 112 of the positioning cylinder 110. The gas sucked into the suction hole 123 of the variable position piston is sucked into the inner space of the compression cylinder 100 through the outlet hole 124 through the inside.
그리고 상기 압축용 실린더(100)에서 압축되어 토출된 가스는 토출커버(140)의 토출실(D)을 거쳐 토출관(2)을 통해 외부로 토출되며 그 토출관(2)으로 토출되는 고압 상태 가스의 일부가 상기 연결관(160)을 통해 상기 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간으로 유입되어 그 위치조절용 실린더(110) 내부 공간의 압력을 설정된 압력 상태로 유지시켜 상기 가변위치형 피스톤(120)의 상사점과 하사점의 중간 위치를 설정하게 된다. 이때. 상기 압력제어수단(170)이 열린 상태가 된다.The gas compressed and discharged from the compression cylinder 100 is discharged to the outside through the discharge tube 2 through the discharge chamber D of the discharge cover 140 and discharged to the discharge tube 2. A portion of the gas flows into the internal space of the positioning cylinder 110 through the connection pipe 160 to maintain the pressure in the space of the positioning cylinder 110 in the set pressure state the variable position piston 120 Set the middle position between the top dead center and the bottom dead center of). At this time. The pressure control means 170 is in an open state.
상기 공진 스프링(130)은 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.The resonant spring 130 stores and releases the linear reciprocating force of the reciprocating motor 20 as elastic energy and causes resonant motion.
상기 가변위치형 피스톤(120)의 초기 위치는 상기 압축용 실린더(100) 내부 공간에 위치하는 가변위치형 피스톤(120)의 단부를 기준으로 하며 그 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부는 그 가변위치형 피스톤의 상사점과 하사점의 중간, 즉 행정거리의 중간에 위치하게 된다. 이때 상기 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부는 가스 압축량의 최대값에 해당되는 최대 상사점과 최소 하사점사이 즉, 최대 행정거리사이에 위치함이 바람직하다.The initial position of the variable-position piston 120 is based on the end of the variable-position piston 120 located in the space inside the compression cylinder 100, the reference end of the variable-position piston 120 is It is located in the middle of the top dead center and the bottom dead center of the variable position piston, that is, in the middle of the stroke. At this time, the reference end of the variable position piston 120 is preferably located between the maximum top dead center and the minimum bottom dead center corresponding to the maximum value of the gas compression amount, that is, between the maximum stroke.
이와 같이 상기 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부의 초기 위치가 상사점과 하사점사이의 중간인 임의 기준 위치에 위치한 상태에서 전원의 전압을 제어함에 따라 상기 가변위치형 피스톤(120)의 상사점과 하사점의 위치, 즉 행정거리를 제어하게 된다. 즉, 가스의 압축량을 상대적으로 많게 할 경우 행정거리를 크게 제어하고 가스 압축량을 상대적으로 적게 할 경우 행정거리를 작게 제어하게 된다.As described above, the upper position of the variable position piston 120 is controlled by controlling the voltage of the power supply in a state where the initial position of the reference end of the variable position piston 120 is located at an arbitrary reference position which is intermediate between the top dead center and the bottom dead center. It controls the position of the point and bottom dead center, that is, the stroke. That is, when the amount of compression of the gas is relatively large, the stroke length is largely controlled, and when the amount of compression of the gas is relatively small, the stroke stroke is controlled small.
이와 동시에 상기 압력제어수단(170)에 의해 상기 연결관(160)의 개도를 조절하게 되면 상기 압축용 실린더(100)에서 토출되어 상기 토출관(2)으로 토출되는 고압 상태 가스의 일부가 연결관(160)을 통해 상기 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간으로 유입되어 그 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간 압력을 조절하게 되며 이로 인하여 상기 가변위치형 피스톤(120)이 상기 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간 압력에 의해 상기 가변위치형 피스톤(120)이 압축용 실린더(100)측으로 이동하거나 상기 위치조절용 실린더(110)측으로 이동된 상태에서 왕복 운동하게 되며 이때 상기 위치조절용 실린더(110)에 채워진 가스 압력이 상기 가변위치형 피스톤(120)의 왕복 운동시 가스 스프링 역할을 하게 된다.At the same time, when the opening degree of the connection pipe 160 is adjusted by the pressure control means 170, a part of the high pressure gas discharged from the compression cylinder 100 and discharged to the discharge pipe 2 is connected to the connection pipe. It is introduced into the internal space of the positioning cylinder 110 through the 160 to adjust the internal space pressure of the positioning cylinder 110, which causes the variable position type piston 120 is the positioning cylinder 110 By the internal space pressure of the variable position type piston 120 is moved to the compression cylinder 100 side or reciprocating movement in the state moved to the position adjusting cylinder 110 side at this time to the position adjusting cylinder (110) The filled gas pressure serves as a gas spring during the reciprocating motion of the variable position piston 120.
즉, 상기 가변위치형 피스톤 행정거리의 기준 위치가 상기 위치조절용 실린더 내부의 압력상태에 따라 압축용 실린더(100)측으로 이동하거나 위치조절용 실린더(110)측으로 이동된 상태에서 그 가변위치형 피스톤(120)이 전압에 의해 제어되는 행정거리를 움직이면서 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키게 된다.That is, the variable position type piston 120 in the state where the reference position of the variable position piston stroke is moved toward the compression cylinder 100 side or the position control cylinder 110 side according to the pressure state inside the position adjusting cylinder. The gas is sucked, compressed and discharged while moving the stroke controlled by voltage.
예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부가 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)의 중간 위치(a)에 위치한 상태에서 최대 가스 압축량보다 작지만 상대적으로 가스의 압축량을 많게 할 경우 그 설정된가스 압축량에 맞는 가변위치형 피스톤의 행정거리(S4)를 갖도록 전원의 전압을 제어함과 동시에 상기 압력제어수단(170)의 조절에 의해 위치조절용 실린더(110) 내부 공간이 설정된 압력 상태가 되도록 토출되는 고압 가스의 일부를 유입시켜 그 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부의 위치가 압축용 실린더(100)측으로 이동된 상태의 기준 위치(a4)에서 상기 가변위치형 피스톤(120)이 상기 전압 제어에 맞는 상사점(H4)과 하사점(L4)으로 움직이면서 가스를 압축하게 된다.For example, as shown in FIG. 6, the maximum gas compression is performed in a state where the reference end of the variable position piston 120 is located at an intermediate position a between the maximum top dead center Hm and the minimum bottom dead center Lm. When the amount of gas compression is smaller than the amount of gas, the voltage of the power supply is controlled to have the stroke distance S4 of the variable-position piston in accordance with the set gas compression amount, and the pressure control means 170 is controlled. By a portion of the high pressure gas discharged so that the internal space of the positioning cylinder 110 is set to the set pressure state, and the position of the reference end of the variable position piston 120 is moved toward the compression cylinder 100 side. At position a4, the variable position piston 120 moves to the top dead center H4 and the bottom dead center L4 suitable for the voltage control to compress the gas.
그리고 위에서 설명한 가스의 압축량보다 작은 양의 가스를 압축할 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 그 설정된 가스 압축량에 맞도록 작은 행정거리(S5)가 되도록 전원의 전압을 제어함과 동시에 상기 압력제어수단(170)을 조절하여 상기 위치조절용 실린더(110) 내부 공간의 압력을 증가시킴으로써 상기 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부의 위치가 위에서 설정된 기준 위치(a4)에서 상기 압축용 실린더(100)측으로 이동된 상태의 위치(a5)에서 전압 제어에 따른 행정거리(S5)로 왕복 운동하면서 가스를 압축하게 된다.When compressing a gas having a smaller amount than the gas compression amount described above, as shown in FIG. 7, the voltage of the power source is controlled so as to have a small stroke distance S5 to match the set gas compression amount. By adjusting the pressure control means 170 to increase the pressure in the internal space of the positioning cylinder 110, the position of the reference end of the variable position piston 120 is set at the reference position (a4) above the compression cylinder ( The gas is compressed while reciprocating with the stroke distance S5 according to the voltage control at the position a5 moved to the side 100).
이로 인하여 가스 압축량에 따라 가변위치형 피스톤의 행정거리를 제어할 뿐만 아니라 그 가변위치형 피스톤 행정거리에 대한 가변위치형 피스톤(120)의 기준 위치를 제어하게 되어 상기 가변위치형 피스톤(120)의 톱 클리어런스를 항상 일정 거리로 유지하게 된다. 즉, 상대적으로 가스 압축량을 많게 하기 위하여 행정거리를 증가시킬 경우 상기 위치조절용 실린더(110) 내부 공간의 압력을 조절하여 최대 행정거리와 설정된 행정거리의 차이만큼 상기 가변위치형 피스톤 행정거리의 기준 위치를 압축용 실린더(100)측으로 이동시켜 상기 가변위치형 피스톤의 톱 클리어런스가 일정하게 되고, 또한 가스 압축량을 상대적으로 감소시키기 위하여 행정거리를 적게 할 경우 상기 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간 압력을 증가시켜 가변위치형 피스톤의 행정거리 기준위치를 압축용 실린더(100)측으로 더 이동시켜 상기 가변위치형 피스톤의 톱 클리어런스가 항상 최소가 되도록 일정하게 유지된다.Therefore, not only the stroke of the variable position piston is controlled according to the amount of gas compression, but also the reference position of the variable position piston 120 with respect to the variable position piston stroke is controlled so that the variable position piston 120 Will always keep the top clearance at a certain distance. That is, when the stroke length is increased in order to increase the amount of gas compression, the variable position type piston stroke distance is adjusted by the difference between the maximum stroke length and the set stroke distance by adjusting the pressure of the internal space of the positioning cylinder 110. When the position is moved toward the compression cylinder 100 side, the top clearance of the variable position piston becomes constant, and the internal space of the positioning cylinder 110 is reduced when the stroke distance is reduced to relatively reduce the amount of gas compression. By increasing the pressure, the stroke distance reference position of the variable position type piston is further moved toward the compression cylinder 100 side, so that the top clearance of the variable position type piston is always kept constant to the minimum.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 가스 압축장치는 모터의 전압 제어에 의해 가변위치형 피스톤의 행정거리를 제어함과 동시에 그 가변위치형 피스톤 행정거리에 대한 가변위치형 피스톤 기준 위치를 제어하여 가스 압축량의 조절이 가능하게 될 뿐만 아니라 가변위치형 피스톤의 톱 클리어런스를 항상 일정하게 유지하게 됨으로써 필요한 양만큼의 가스 압축이 가능하여 가스 압축 손실 방지로 인한 시스템의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 사체적을 최소화하여 재팽창 손실 방지로 인한 압축 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the gas compression device of the reciprocating compressor according to the present invention controls the stroke distance of the variable position piston by controlling the voltage of the motor and at the same time the variable position piston reference to the variable position piston stroke distance. By controlling the position, the amount of gas compression can be adjusted, and the top clearance of the variable-position piston is always kept constant so that the amount of gas can be compressed to increase the efficiency of the system due to the prevention of gas compression loss. In addition, there is an effect that can increase the compression efficiency due to minimizing the dead volume to prevent re-expansion loss.
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